IBMがハイブリッドブロックチェーンアーキテクチャでIoTネットワークを安全に管理

• IBMがピアツーピアの分散フレームワークアーキテクチャを開発し、ハイブリッドIoTネットワークを自律的に制御
• IoTデバイスを個別ブロックチェーンにクラスタリングするため、BitcoinのProof-of-Workコンセンサスプロトコルと新規コードベースを使用

Internet of Things（IoT）は、さまざまな分野に多様に適用され、それらをよりスマートで効率的、収益性が高く、より接続されたものにしています。これには、お互いを検出し信頼できる大量の緩やかに結合されたスマートデバイスの効果的な接続、運用、管理が必要です。

現在、すべてのスマートデバイスとハードウェアは中央集権的インフラストラクチャを通じて接続されています。このタイプのアーキテクチャの3つの主要な欠点は：高い維持コスト、セキュリティ懸念に対する単一障害点、他の中央集権ネットワークとの限定的なデータ集約による低い相互運用性です。

一方、IoTの分散化にはいくつかの利点があります。たとえば、データセキュリティとプライバシーの向上、クラウドへ送信されるデータ量の削減、自律的・協調的な運用の実現などです。

最近、IBMの研究者たちが、ピアツーピアの分散フレームワークアーキテクチャを開発し、IoTの異種ネットワークを自律的に制御することを提示しました。これは分析、チームが書いた新規プログラム、よく知られたブロックチェーンコミュニティベースのオープンソースモジュールを組み合わせて開発されました。

IoT向け有望な分散プラットフォームの構築

このフレームワークを構築するため、BitcoinのProof-of-Workコンセンサスプロトコルを使用し、IoTハードウェアを個別ブロックチェーン、またはサブブロックチェーンへ効率的にクラスタリングするプログラムを書きました。

しかし、これは聞こえほど簡単ではありません。数十億のデバイスとリソース制約があり、ブロックチェーンのIoTへの導入を極めて困難にしています。効率的なブロックチェーンアーキテクチャは、膨大な数のIoTデバイスにスケールし、高スループットトランザクションを処理できなければなりません。

スケーラビリティを達成するため、この研究で開発されたプラットフォームはByzantine Fault TolerantとProof-of-Workの両ブロックチェーンプロトコルを活用します。まず、ブロックチェーンプロトコルが複数のIoTハードウェア間で分散合意を確立し、次にハイブリッドIoTがByzantine Fault Tolerantを利用してサブブロックチェーン間の相互運用性を実現します。

フレームワークの性能をテストするため、研究者たちはブロックチェーンIoT統合メトリクスのシリーズを開発しました。コンピュータシミュレーションを用いて、ブロック生成間隔、ブロックサイズ、ピア数、デバイス位置などのいくつかのブロックチェーン変数を分析しました。

参照: arXiv:1804.03903 | IBM

IBM POWER8スーパーコンピュータを用いて数十万台のデバイスデータをシミュレートし、セキュリティ、スケーラビリティ、その他の統合メトリクスの観点からサブブロックチェーンのクラスタリングと選択問題を正確に可視化しました。これらのシミュレーションを用いて、ユーザーの嗜好に応じて異種IoTデバイスをサブブロックチェーンへ最適にクラスタリングする分析とガイドラインを定義しました。

IoT向けハイブリッドブロックチェーンアーキテクチャ | 研究者提供

研究者たちはシステムのスケーラビリティとセキュリティをテストするために数千回の実験を行いました。たとえば、DDoS攻撃などさまざまな種類の脅威に対して検証しました。さらに、彼らが定義したガイドラインによってセキュリティ脆弱性が防止されることを実証しました。

全体として、研究者たちはこの研究で3つの主な貢献を果たしました：

1. 性能テスト用のProof-of-WorkブロックチェーンIoT統合メトリクスのセット
2. IoTにおけるProof-of-Workブロックチェーンの性能に関する洞察
3. IoT向けハイブリッドブロックチェーンアーキテクチャ

今後の展望

次のステップでは、より多くの物理的およびシミュレートされたIoTネットワークを通じてアーキテクチャをテストします。また、Hybrid-IoTのセキュリティ強化設計を証明し、軽量ピア向けのクラッシュ耐性アルゴリズムで完全なフレームワークを実装する計画です。